[发明专利]虚拟网络路由器的数据统一转发方法

说明书

技术领域

本发明属于互联网技术领域，尤其适用于数据中心、云平台等支持网络虚拟化的下一代新型互联网络，具体涉及一种虚拟网络路由器的数据统一转发方法。

背景技术

近年来，互联网领域出现了许多有关骨干网络设备的新技术突破，其中最重要的一项便是虚拟网络技术。虚拟网络是利用虚拟化技术对物理网络资源进行抽象和划分后，在公共的网络硬件基础设施之上构建的多个独立运行的逻辑网络。虚拟路由器作为虚拟网络的核心设备，建立在传统硬件路由设备之上，利用软件技术来复用硬件路由设备的各种资源，实现对物理路由器的功能仿真，达到在一台路由器设备上部署多个虚拟路由器实例的效果。虚拟路由器实例间可以通过隧道技术建立多条逻辑上的虚拟链路，构成虚拟网络拓扑环境（图1）。虚拟网络技术提供了更灵活、更可控的网络构建方式，为新型互联网服务与应用的发展提供了很好的实现平台。

虚拟网络分组的一跳转发，即分组从一个虚拟路由器实例出发，经过一条由物理链路及多个中间物理路由器组成的虚拟链路，到达另一个虚拟路由器实例的过程。在传统的虚拟网络数据转发技术中，各虚拟路由器实例分别维护各自的控制平面和数据平面，负责为其所属的虚拟网络同时提供路由与转发服务。控制平面负责运行虚拟网络路由协议，生成转发表，数据平面以转发表为依据完成虚拟网络的分组转发。在这种转发方式中，数据分组要进入虚拟路由器实例完成路由查找，需要经过物理网卡到虚拟网卡的多次映射，转发时延较长，且各实例的数据平面会竞争CPU、cache、高速数据通路等物理资源，大大降低了路由查找效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种虚拟网络路由器的数据统一转发方法，对虚拟路由器实例的数据转发流程进行了优化设计，将虚拟路由器实例的控制平面和数据平面进行分离，在设备底层为到达各虚拟路由器实例的分组提供统一的转发服务，本发明可以有效地降低虚拟路由器的数据转发开销，使虚拟路由器达到线速转发的性能，同时提高虚拟路由器能够支持的虚拟路由器实例数量，是提高虚拟网络数据转发性能的重要技术。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种虚拟网络路由器的数据统一转发方法，将虚拟路由器实例的控制平面与数据平面分离，控制平面运行在各虚拟路由器实例内部，负责路由计算；数据平面则转移至虚拟路由器内核中，各虚拟路由器实例的数据平面在虚拟路由器设备底层构成一个数据统一转发引擎，由该统一转发引擎负责将各虚拟路由器实例的转发表组织并压缩为一个共享转发表，并以此为依据负责本虚拟路由器节点上所有实例的数据转发。

各虚拟路由器实例的控制平面运行路由协议，动态生成转发表项，并将转发表发送至所述数据统一转发引擎。

所述数据统一转发引擎可视为原各虚拟路由器实例中数据平面的集合，具备普通数据平面的所有功能，如分组分类、路由查找、IP头校验、分组封装解封装等，它负责为虚拟路由器上所有的虚拟路由器实例提供统一的数据转发服务，其转发依据为引擎中路由查找模块的共享转发表。各虚拟路由器实例的控制平面分别运行各自的路由协议并生成转发表，这些转发表信息通过虚拟路由器实例与统一转发引擎间的通信被定期发送给统一转发引擎，在引擎中被组织为共享转发表，这样就可以将原来多个数据平面的转发表信息整合到一个统一转发引擎中。

通过构建trie树对各虚拟路由器实例的转发表前缀进行统一索引，可以将多个虚拟路由器实例的转发表组织成一个共享转发表。共享转发表结构由trie树、共享索引表和各虚拟路由器实例的转发表三部分组成。其中trie树用于组织各虚拟路由器实例转发表的地址前缀。包含有效前缀信息的trie树结点将指向一个共享索引表，该共享索引表将各虚拟路由器实例的编号作为关键字，来索引该前缀结点在对应的虚拟路由器实例转发表中的位置。

当各虚拟路由器实例均采用IP网络时，trie树用于组织各虚拟路由器实例转发表的IP地址前缀，它采用级压缩的方式，每个节点包含2ⁿ个分支，其中1≤n≤32，能够表示IP地址中的n比特位；trie树每个包含有效前缀信息（即前缀出现在任意一个虚拟路由器实例的转发表中）的结点都指向一个共享索引表，共享索引表将各虚拟路由器实例的编号作为关键字，来索引该trie树结点所代表的前缀在对应的虚拟路由器实例转发表中的位置，各虚拟路由器实例的转发表对普通的路由器转发表进行了扩展，在表项中增加了下一跳虚拟链路的起点与终点信息。

当有虚拟网络上的数据分组到达虚拟路由器设备时，进行如下操作：